Februar 2023

Die Phasenstruktur einzelner ­Photonen kann schraubenförmig verlaufen, was zu interessanten Forschungs- und Anwendungsmöglichkeiten in der Quanten­optik führt (vgl. S. 29).

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Zur Ausgabe

Meinung

Philip Willke
02 / 2023 Seite 3

Über Wissenschaft zwitschern

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Aktuell

Alexander Pawlak
02 / 2023 Seite 6
DPG-Mitglieder

Die kosmische Kuppel-Show

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Maike Pfalz
02 / 2023 Seite 7
DPG-Mitglieder

Solidarische Rücktritte

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Matthias Delbrück
02 / 2023 Seite 8
DPG-Mitglieder

Cyberattacke abgewehrt

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Kerstin Sonnabend
02 / 2023 Seite 8
DPG-Mitglieder

Neue Programme für schnellere Rechner

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Anja Hauck
02 / 2023 Seite 10
DPG-Mitglieder

Auf dem Mars verstaubt

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Matthias Delbrück
02 / 2023 Seite 10
DPG-Mitglieder

Zurück in die Zukunft?

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Kerstin Sonnabend
02 / 2023 Seite 11
DPG-Mitglieder

USA: Lebenszeichen gesucht

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Matthias Delbrück
02 / 2023 Seite 11
DPG-Mitglieder

USA: Das bisschen Haushalt / Wo das Wasser weilt / Zündende Laser

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Matthias Delbrück
02 / 2023 Seite 13
DPG-Mitglieder

Australien: Review für die Forschungsförderung

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Kerstin Sonnabend
02 / 2023 Seite 13
DPG-Mitglieder

Hintergrundrauschen

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High-Tech

Michael Vogel
02 / 2023 Seite 14
DPG-Mitglieder

Klare Sicht / Sprung in der Effizienz / Früh erkannter Krebs

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Brennpunkt

Wolfgang Quint
02 / 2023 Seite 16
DPG-Mitglieder

Hochgeladen zu noch mehr Genauigkeit

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Ralf Schützhold
02 / 2023 Seite 18
DPG-Mitglieder

Kosmische Felder im Labor

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Markus A. Schmidt
02 / 2023 Seite 20
DPG-Mitglieder

Licht in ausgewählter Richtung

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Lehre

Daniel Laumann, Johannes Grebe-Ellis, Susanne Heinicke, Horst Schecker und Rita Wodzinski
02 / 2023 Seite 23
Mitglieder

Entwicklung einer Disziplin

Physikdidaktik befasst sich mit dem Lehren und Lernen von Physik und bewegt sich im Spannungsfeld zwischen Physik und Lehr-Lernpsychologie sowie einem Spektrum weiterer Bezugsdisziplinen, etwa der Pädagogik, der Geschichte und Philosophie der Physik oder der Wissenschaftstheorie. Die quantitative Auswertung der im deutschsprachigen Raum entstandenen physik­didaktischen Dissertationen im Rahmen der Initiative „Physikdidaktik – Quo vadis?“ soll zeigen, wie sich die Physikdidaktik als forschende Disziplin entwickelt hat.

Die Fachdidaktik Physik hat sich im deutschsprachigen Raum seit den ersten physikdidaktischen Lehrstühlen in den 1960er-Jahren als wissenschaftliche Forschungsdisziplin entwickelt. Heute gibt es in Deutschland 48 Standorte mit 54 Physikdidaktik-Professuren (Österreich 5 und 5, Schweiz 3 und 3) und zwei fachliche Vereinigungen (FV Didaktik der Physik der DPG seit 1973, Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik seit 1972).

Das Nachdenken über das Lehren und Lernen von Physik reicht weit zurück. Beispiele sind die „Große Didaktik“ des Comenius [1] im 17. Jahrhundert oder die Lehrplanempfehlungen der Gesellschaft deutscher Naturforscher und Ärzte von 1905 (Meraner Beschlüsse) [2]. Der Sputnik-Schock1) 1957 initiierte im Westen große Bildungsprogramme und beflügelte die physikdidaktische Forschung auch in der Bundesrepublik Deutschland (BRD).2) Die Wirkungen des naturwissenschaftlichen Unterrichts und die Frage nach seiner Verbesserung gerieten in den Fokus des technologischen Wettbewerbs rivalisierender politischer Systeme. Eine der Folgen war 1966 die Gründung des heutigen Leibniz-Instituts für die Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) in Kiel als zentrale Institution für curriculare Entwicklung und Forschung. Dort wurden 1972 die ersten im engeren Sinne physik­didaktischen Promo­tionen in der BRD abgeschlossen, etwa zum Verständnis der Energie­erhaltung [3]. In der DDR gab es bereits 1971 zehn physikdidaktische Dissertationen.

Drei große Forschungsbereiche der Physikdidaktik sind die Entwicklung und Evaluation neuer Unterrichts- und Lehrkonzeptionen, etwa mit digitalen Medien, die empirische Erforschung von Lernvoraussetzungen und Lernprozessen, z. B. von Schülervorstellungen zu physikalischen Grundbegriffen, sowie theoretische Arbeiten beispielsweise zu fachlichen Elementarisierungen und Zielen des Physikunterrichts. (...)

 

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Überblick

Robert Fickler
02 / 2023 Seite 29
DPG-Mitglieder

Strukturierte Photonen

Licht, dessen Eigenschaften nur quantenoptisch zu beschreiben sind, ist als Quantenlicht bekannt. Seit vielen Jahrzehnten liefert es kontinuierlich neue Erkenntnisse in der Grundlagenforschung und initiiert die Entwicklung neuer Technologien und deren Anwendungen. Die technischen Fortschritte in der Modulierung von Licht zusammen mit neuen Erkenntnissen in der Quanteninformation eröffnen neue Möglichkeiten wie die Anwendung hochdimensionaler Quantenzustände oder das Zusammenspiel verschiedener Eigenschaften von Photonen. Das hat zu einem äußerst erfolgreichen Wissenschaftsgebiet geführt: der Erforschung und Anwendung strukturierter Photonen.

Wie vieles in der modernen Physik geht die Idee von Photonen, also einzelnen Lichtquanten, auf Albert Einstein zurück. In einer Arbeit aus dem Jahr 1905 erklärte Einstein den photoelektrischen Effekt durch die Existenz von Photonen und gab somit der von Max Planck zuvor heuristisch eingeführten Konstante eine physikalische Bedeutung. In den späten 1920er-Jahren erhielt das Konzept der Photonen im Zuge der Quantisierung des elektromagnetischen Feldes eine formalere Basis. Photonen sind demnach die Feldquanten des elektromagnetischen Feldes. Ihre Eigenschaften sind durch die Freiheitsgrade des Lichts gegeben, also durch die Lichtmoden, die durch Photonen angeregt werden. Die Schwingungsfrequenz v der ebenen Lichtwelle entspricht der Energie des Lichtquants (E = hv), der Wellenvektor k bezieht sich auf dessen Impuls [p = (h/2π)k = ħk], und die Polarisation beschreibt den Spindrehimpuls eines Photons (S = ±ħ). Besonders die Polarisation von Photonen stand in den vergangenen Jahrzehnten im Fokus: Zum einen untersuchte die Grundlagenforschung verblüffende Effekte wie die Überlagerung zweier Zustände, Quantenverschränkung oder Quantenteleportation. Zum anderen wurden bereits früh Anwendungen dieser Quanteneffekte vorangetrieben, sodass Geräte zur Quantenkommunikation oder Quantencomputer bereits verfügbar sind bzw. bald verfügbar sein werden. Der Siegeszug der Photonen und die Untersuchung ihrer grund­legenden Quanteneigenschaften gipfelten in der Vergabe des letztjährigen Physik-Nobelpreises an John Clauser, Alain Aspect und Anton Zeilinger für ihre quanten­optischen Experimente zur Verschränkung [1]. (...)

 

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Menschen

02 / 2023 Seite 35
DPG-Mitglieder

Personalien

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Peter Bussemer
02 / 2023 Seite 40
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Reimund Torge

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Maike Pfalz
02 / 2023 Seite 41
DPG-Mitglieder

„Wir versuchen, den Bogen zur Anwendung zu spannen.“

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Physik im Alltag

Kerstin Sonnabend
02 / 2023 Seite 42
Mitglieder

Garantiertes Schneevergnügen

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Rezensionen

Christoph Strunk
02 / 2023 Seite 44
DPG-Mitglieder

Jan-Peter Meyn: Wärme und Energie

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Alexander Pawlak
02 / 2023 Seite 44
DPG-Mitglieder

Ben Moore: Sternenstaub

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Alexander Pawlak
02 / 2023 Seite 45
DPG-Mitglieder

Iain S. Thomas, ­Jasmine Wang, GPT-3: Was euch zu Menschen macht

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DPG

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02 / 2023 Seite 27
DPG-Mitglieder

Videowettbewerb: Physik in der Zukunft

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02 / 2023 Seite 28
DPG-Mitglieder

WE-Heraeus-Stiftung: Ausschreibung Förderprogramme

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02 / 2023 Seite 39
DPG-Mitglieder

Physiker:innen im Beruf

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Julian Späthe
02 / 2023 Seite 46
DPG-Mitglieder

Physik zum Frühstück

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02 / 2023 Seite 47
DPG-Mitglieder

Methods of Effective Field Theory and Lattice Field Theory

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Tagungen

Almudena Arcones, Camilla Juul Hansen, Kenta Hotokezaka, Thomas Stöhlker
02 / 2023 Seite 46
DPG-Mitglieder

Kilonovae: Multimessenger and Multiphysics

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Sonderhefte

Die Sonder­ausgaben Physics' Best und Best of präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Werkzeuge für die multiphysikalische Optiksimulation

Im Web Seminar erhalten Sie einen Überblick über die Möglichkeiten, die multiphysikalische Optiksimulation bietet und eine Einführung in die praktische Umsetzung eines strahlenoptischen Simulationsprojekts.

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Welding with Civan's Ultrafast CBC-Laser: Basics, Opportunities and Challenges

The first part of the webinar will provide an overview of the fundamentals and challenges of the welding process and the features of the CIVAN CBC laser. The second part of the webinar will discuss approaches to take advantage of fast, arbitrary beam shaping to control process problems.

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